DE60121998T2 - Gefällte kieselsäureteilchen für katzenstreu - Google Patents

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Description

  • Die Erfindung betrifft ausgefällte Siliziumdioxidteilchen, Haustierstreu, umfassend diese Teilchen und die Verwendung dieser Teilchen um Haustierstreu herzustellen.
  • Haustierstreu wird extensiv verwendet, insbesondere Katzenstreu, da eine bemerkenswerte Anzahl von Katzen als Haustiere gehalten wird. Beispielsweise besitzen 34 % alle US-Haushalte eine Katze. Es wird geschätzt, dass in Europa vergleichbare Zahlen von Katzen als Haustiere gehalten werden. Aus diesem Grund gibt es einen signifikanten Markt für Katzenstreu.
  • Der Katzenstreumarkt besteht aus verschiedenen Materialien, ist je doch von Tonmaterialien dominiert. Ein Durchbruch war die Einführung von Na-Montmorillonit-Ton (Na-Bentonit), das die erste klumpende Katzenstreu war. Dieses Material hat eine ausgezeichnete Absorption und bildet diskrete Klumpen um den Abfall der Katzen herum, die entfernt werden können, und den Rest der Streu immer noch unbeschmutzt hinterlassen. In Europa besteht dieses Material im wesentlichen aus Ca-Montmorillonit-Ton. Eine wesentliche Verbesserung für dieses Material war die Zugabe von Natriumbicarbonat, was sich als ausgezeichnetes Geruchskontrollmittel erwies. Trotz der vielen Vorteile des Produkts sind Na- und Ca-Montmorillonit-Ton relativ schwer, enthalten substantielle Mengen Staub, was ein wichtiges Gesundheitsproblem auslöst, da angenommen wird, dass es sich um die karzinogene Komponente in Bentonit handelt und ist im Hinblick auf die Umwelt nicht zufriedenstellend. Diese Tonarten müssen mit einem Tagebau abgebaut werden, um sie zu erhalten. Diese Art von Tagebau erzeugt irreversible Schäden für die Erde.
  • Dieser letztere Nachteil ermutigte die Hersteller von Katzenstreu nach Alternativen zu suchen. Ein umweltfreundlicheres Produkt wurde aus recycelten Zeitungen erhalten und unter dem modischen Markennamen Yesterday's News® vermarktet. Eine andere Nicht-Tonsstreu ist ein auf Silikagel basierendes Produkt, das kürzlich auf den Markt gebracht wurde. Diese Produkte werden in Form von kleinen harten transparenten Gelkügelchen ("Perlen" oder "Kristallen") verkauft. Diese Kügelchen enthalten Millionen von Mikroporen, die Feuchtigkeit absorbieren und evaporieren während sie den Geruch im In neren einschließen. Ihre absorbierende Fähigkeit ist jedoch nicht sehr viel höher als ihr eigenes Gewicht und es gibt Raum für weitere Verbesserungen.
  • Die ideale Katzenstreu muss den folgenden Anforderungen entsprechen:
    • – langzeitige Geruchsretention
    • – ausgezeichnete Feuchtigkeitsabsorption und
    • – Staubfreiheit
    • – hohe Akzeptanz durch die Katze
    • – sollte nicht an den Pfoten der Katze haften
    • – leichtgewichtig
    • – umweltfreundlich
  • Keine der bekannten Katzenstreuarten entspricht allen diesen Anforderungen.
  • Wir haben nun eine neue Haustierstreuart gefunden, die insbesondere als Katzenstreu geeignet ist und die allen obigen Anforderungen entspricht.
  • Die vorliegende Erfindung betrifft ausgefällte Siliziumdioxidteilchen mit kantigen Oberflächen und einem Längen:Breiten:Tiefen-Verhältnis von 1:1:1 bis 3:3-1:1, wobei die Länge 0,25 bis 15 mm beträgt, mit einer Absorptionskapazität PV Wasser (Gew.%) von >125, einem Porenvolumen PV Hg (ml/g) von 0,8-4, einem Porenvolumen PV N2 (ml/g) von 0,2-1,5 und einer Schüttdichte BD (g/l) von 200-500.
  • Ein weiterer Aspekt der Erfindung ist die Haustierstreu, insbesondere Katzenstreu, umfassend das obige ausgefällte Siliziumdioxid und die Verwendung des Siliziumdioxids zur Herstellung der Haustierstreu.
  • Das Längen:Breiten:Tiefen-Verhältnis ist wichtig zum Erhalt von Teilchen, die nicht an den Pfoten der Tiere kleben und sich gleichzeitig angenehm für das Tier anfühlen, so dass es die Streu akzeptiert um dorthin zu gehen. Die größte Entfernung des Teilchens wird Länge genannt, die kleinste die Tiefe und die Zwischenentfernung ist die Breite. Die Teilchen haben kantige Oberflächen, um ein Herumrollen zu verhindern. Dies hat den Vorteil, dass die Teilchen nicht herumrollen und sich weit von dem Streukasten entfernen, wenn sie während des Einfüllens verschüttet werden. Vorzugsweise haben die Teilchen ein kubisches Format. Einige der Kanten können abgerundet sein, jedoch nicht zu einem solchen Ausmaß, dass die Teilchen wegrollen können.
  • Die Haustierstreu der Erfindung kann einen pH in einem Bereich von ungefähr pH 4 bis ungefähr pH 11 aufweisen. Eine bevorzugte Haustierstreu gemäß der Erfindung hat einen pH von 8 oder weniger, noch bevorzugter einen pH von weniger als 6. Die Standardprodukte, die aus einem Rotationsofen kommen haben einen pH von 6 bis 8. Bei der Verwendung dieser Siliziumdi oxidteilchen als Katzenstreu wurde jedoch festgestellt, dass die Geruchsretention weiter verbessert wurde, wenn der pH auf einen geringern pH als 6 vermindert wurde. Dies ist bemerkenswert und unerwartet, da es üblich ist, eine solche Geruchsverbesserung zu erhalten, indem basisches Natriumbicarbonat der Katzenstreu zugefügt wird und bekannte Katzenstreuarten haben pH-Werte die so hoch liegen wie 10 (z.B. Catsan Ultra® pH 9,6, Sivomatic® pH 10,0).
  • Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform haben die Siliziumdioxidteilchen eine PV-Wasser (Gew.%) von >140, ein Porenvolumen PV Hg (ml/g) von 1,2 bis 2,5, ein Porenvolumen PV N2 (ml/g) von 0,3 bis 0,9, eine Schüttdichte BD (g/l) 250 bis 400 und einem pH von <6.
  • Ein anderer Aspekt der Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung des ausgefällten Siliziumdioxids. Das Verfahren begann mit einer simultanen Zugabe von Wasserglas und einer Mineralsäure zu einem Absatz (heel) von Wasser und wurde bei einem spezifischen pH zwischen 5 und 10 gehalten. Dieses Verfahren wurde für 1 bis 4 Stunden fortgesetzt und eine ausgefällte Siliziumdioxidaufschlämmung wurde erhalten. Die Reaktionsaufschlämmung wurde darauffolgend auf den benötigten pH gebracht und vorzugsweise auf einen pH von 2 bis 6 angesäuert. Diese Aufschlämmung wurde dann in Filterpressen gepumpt, worin die Aufschlämmung gefiltert und gewaschen wurde, um überschüssiges Salz aus dem Filterkuchen zu entfernen. Wenn Ausführungsformen hergestellt wurden, worin die Streu einen pH von weniger als 6 hatte, kann die vorher erwähnte Reaktionsaufschlämmung auf einen pH in der unteren Hälfte des oben erwähnten pH-Bereichs von 2 bis 6 angesäuert werden und der resultierende Filterkuchen wird dann für eine kürzere Zeitspanne gewaschen, wobei die Zeit von dem gewählten Filterkuchen-pH abhängt.
  • Dieser Filterkuchen, der 15 bis 35 % trockene Feststoffe enthält (Siliziumdioxid plus zurückgelassenes Salz) wurde dann zerkleinert und zu einem Filterkuchenbunker am Eingang des Rotationstrockners transportiert. Dieser Filterkuchen wurde dem Rotationstrockner zugeführt, worin der Filterkuchen sowohl getrocknet als auch simultan geformt wurde. Der Trockner ist ein sogenannter Rotationstrockner, wobei es sich um ein langes Rohr mit ungefähr 20 m Länge und einem Durchmesser von ungefähr 2,5 m handelt. Dieser Trockner wurde mit einer bestimmten Neigung positioniert, um das Siliziumdioxid in dem Trockner vom Eingang zum Ausgangsbereich zu transportieren. Innerhalb des Trockners sind 3 Schichten von wärmeübertragenden Rohren eng an der Außenwand angeordnet, die so geformt sind, dass sie den wärmeübertragenden Oberflächenbereich erhöhen. Dampf wurde durch die Rohre geführt, um die notwendige Energie zur Evaporation des Wassers aus dem Fil terkuchen bereitzustellen. Weiterhin wurde ein leichter Unterdruck angebracht, um das verdampfte Wasser aus dem Trockner zu entfernen. Die Aufenthaltszeit des Filterkuchens im Trockner lag bei 1 bis 6 Stunden. Aufgrund der rotierenden Bewegung des Trockners rollte der Filterkuchen im Trockner. Zunächst wurde der Filterkuchen an die Wand des Trockners transportiert, die sich aufgrund der rotierenden Bewegung nach oben bewegte. Wenn er zu hoch gestapelt wurde, rollte der Filterkuchen unter dem Einfluss der Schwerkraft und der Neigung der Menge des Filterkuchens, die auf der Seite vorlag, wieder zurück. Auf diese Weise wurde der Filterkuchen hoch und runter gerollt und zwar während der meisten Zeit, die er sich im Trockner befand. Nachdem das Siliziumdioxid teilweise oder sogar vollständig getrocknet war, wurde diese Rotationsbewegung erhöht. Auf diese Weise wurde das Siliziumdioxid in ein Kügelchen-ähnliches Material geformt. Diese Kügelchen sind nicht vollständig rund, sondern haben Kanten. Die Tatsache, dass diese Teilchen nicht vollständig rund sind kann auf die lange Aufenthaltszeit und die Kräfte zurückzuführen sein, die auf die Siliziumdioxidkügelchen in dem Trockner in dieser Zeit einwirken. Nach teilweisem und weiterem Trocknen kann das Siliziumdioxid gegenüber der Gegenwart der 3 Schichten der berippten Wärmerohre stärker empfindlich werden und es kann etwas Abrieb stattfinden. Dieser Abrieb ist wahrscheinlich zu Beginn im Trockner weniger stark ausgeprägt, da das Siliziumdioxid zu diesem Zeitpunkt noch in dem Filterkuchen enthalten ist, der eine größere Elastizität aufweist und klebriger ist als das getrocknete Siliziumdioxid.
  • Aus diesem Verfahren werden im wesentlichen abgerundete Teilchen, jedoch mit Kanten, erhalten. Diese Siliziumdioxidkügelchen werden dann aus dem Trockner genommen, möglicherweise gesiebt, um die Teilchen zu entfernen, die zu klein oder zu groß sind und verpackt.
  • Ein spezifisches Produkt der Erfindung wurde bei einem Dampfdruck bei einer Temperatur von 100 bis 130°C innerhalb des Trockners getrocknet. Die Aufenthaltszeit für dieses spezifische Produkt liegt zwischen 1 und 3 Stunden.
  • In bestimmten Ausführungsformen der erfinderischen Streu kann das fertige Produkt aus diesem Verfahren mit einer Säure imprägniert werden, um Streu mit einem pH von 6 oder weniger zu enthalten. Schwache Säuren sind besonders geeignet und beinhalten organische Säuren wie Zitronensäure, Oxalsäure und ähnliches. Die Konzentration der imprägnierenden Säure wird vorzugsweise so gewählt, dass eine gute Lösung der Säure in so wenig wie möglich Wasser erhalten wird. Die Streu kann optional nach dem Imprägnieren unter Verwendung konventioneller Verfahren getrocknet werden, beispiels weise wenn der Flüssigkeitsgehalt mehr als 10 Gew.% beträgt. Höhere Wassergehalte, die sich aus der Imprägnierungslösung ergeben (die Lösung der organischen oder anorganischen Säure in Wasser), können eine nachteilige Wirkung auf die Leistung der Katzenstreu ausüben. Vorzugsweise liegt der Feuchtigkeitsgehalt bei weniger als 5 Gew.%, noch bevorzugter bei weniger als 2 Gew.%.
  • Eine der besonders wichtigen Eigenschaften des Produkts ist seine Form. Es ist von Wichtigkeit, dass die Teilchen eine kantige Struktur aufweisen. Vorzugsweise haben sie eine rundliche Struktur mit Kanten, d.h., sie sind nicht vollständig rund. Teilchen mit vollständig runden Strukturen als Katzenstreu werden sich in der Katzentoilette sehr einfach bewegen und dazu führen, dass die Katzen in der Katzenstreu "einsinken" und weiterhin können die vollständig abgerundeten Teilchen aus der Katzentoilette herausgedrückt werden und durch den Raum rollen, in dem die Katzentoilette platziert ist oder während des Befüllens der Toilette verschüttet werden. Diese Teilchen sind dann sehr schwierig einzusammeln, da sie bei Berührung beginnen zu rollen.
  • Die Teilchen der Erfindung haben eine deutlich kantige Oberfläche und sind nicht dazu in der Lage, sehr weit weg zu rollen. Eine genauere Überprüfung zeigt, dass die Teilchen sehr unregelmäßig geformt sind, d.h., eine steinähnliche Struktur aufweisen, mit überraschend flachen Kanten in einigen Fällen. Aufgrund der unregelmäßigen Form, die bevorzugt wird, können die Teilchen nicht sehr weit wegrollen und das Teilchenbett in der Katzentoilette bewegt sich nicht, wenn die Katze sich darin bewegt oder darauf sitzt.
  • Wenn die Teilchen beschrieben werden, kann das Länge:Breite:Tiefe-Verhältnis von 1:1:1, d.h., im wesentlichen rund (jedoch mit kantiger Oberfläche) oder kugelförmig, bis 3:3:3 variieren, die stäbchenförmiger sind als andere. Die Kante eines Teilchens mit einem Verhältnis nahe 1:1:1 kann angewandten Kräften besser widerstehen. Weiterhin lehrt die Erfahrung, dass die Akzeptanz der Katze für die Teilchen mit dünnen stäbchenähnlichen Strukturen abnahm.
  • Wenn beispielsweise verdichtetes und walzenkompaktiertes Siliziumdioxid angewandt wird, sind die erhaltenen Teilchen im wesentlichen stäbchenförmig. Dies legt nahe, dass diese Teilchen bei Belastung einfacher brechen werden. Wenn sie brechen, werden auch kleine Fragmente von den brechenden Ebenen abgebrochen, was zu einer Bildung unerwünscht kleiner (staubförmiger) Teilchen führt. Weiterhin werden die kompaktierten Teilchen auf diese Weise scharfe Kanten haben, was die Pfoten der Katze behindert oder irritiert und möglicherweise beschädigt.
  • Kügelchen, die aus einem Rotationstrockner erhalten werden, haben eine Größenverteilung von zwischen ungefähr 0,25 und ungefähr 15 mm (ungesiebt). Ein bestimmtes Teilchen hatte z.B. eine Größe von 8:5:4 mm (Verhältnis 2:1,25:1).
  • In einem anderen Experiment hatten ungesiebte Teilchen Größen (in mm) von: 7:5:4, 6:5:3,6:3:2, 6:5:4 bis 0,5:0,5:0,5. Für das Verhältnis bedeutet dies 1,75:1,25:1; 2:1,7:1; 3:1,5:1, 1,7:1,25:1 bis 1:1:1. Dieses Produkt wurde durch ein 1,6 mm-Sieb gesiebt, woraufhin die gesiebten Teilchen die folgenden Größen hatten (in mm): 8:6:5, 7:5:5, 6:5:5, 6:5:4, 5:4:4 bis 1,5:1,5:1,5 was zu Verhältnissen von 1,6:1,2:1; 1,4:1:1; 1,2:1:1; 1,7:1,25:1 bzw. 1:1:1 korrespondiert.
  • In Tabelle I sind die Eigenschaften einiger Produkte gemäß der Erfindung angegeben.
  • TABELLE I: PRODUKT DER ERFINDUNG:
    Figure 00060001
    • * Doppelexperiment
    • ** borhaltiges Siliziumdioxid
  • ANALYTISCHE VERFAHREN:
  • Stickstoffphysisorption. Bei diesem Verfahren wird der spezifische Oberflächenbereich BET mit einer sogenannten Vielpunktanalyse bestimmt. Außerdem wird das Porenvolumen N2 mit diesem Verfahren bestimmt; das Porenvolumen wird für Poren mit bis zu einem Maximum von 60 nm analysiert.
  • Quecksilbereinschluss (Hg): Mit diesem Verfahren wird auch ein spezifischer Oberflächenbereich bestimmt (SA Hg) und ein Porenvolumen (PV Hg). Die Ergebnisse dieser Technik hängen sehr von der Oberflächenspannung und dem Kontaktwinkel ab, die verwendet werden (für SA Hg) und dem angewandeten Druckbereich, der für die Berechnung verwendet wird (für PV Hg). Wir verwendeten:
    Oberflächenspannung: 480 Dynes/cm
    Kontaktwinkel: 141,3 Grad
    Druckbereich: 0 bis 2.000 bar
  • PV-Wasser wird wie folgt durchgeführt. Eine exakt bekannte Menge von ungefähr 20 g Siliziumdioxidteilchen wird auf ein Sieb platziert. Die Betthöhe des Siebs liegt bei ungefähr 3 bis 4 cm. Wasser wird auf dieses Bett aus Siliziumdioxid und irgendeinem anderen Material "getropft", bis der erste Tropfen unterhalb des Bettes sichtbar ist. Die Gesamtmenge des zugefügten Wassers bis zu diesem Punkt wird sorgfältig bestimmt. Diese Wassermenge wird dann durch die Siliziumdioxidmenge in dem Bett geteilt und mit 100 multipliziert, um die prozentuale Absorption zu erhalten. Ein Wert von 100 gibt an, dass pro 1 g Siliziumdioxid (oder irgend einem anderen Absorptionsmittel) 1 g Wasser absorbiert wird.
  • Schüttdichte (BD). Die BD wird bestimmt, indem ein gradierter Zylinder bis zu einem spezifischen Volumen (250 ml) befüllt wird und die Menge an zugefügtem Siliziumdioxid gewogen wird. Die BD in g/l wird durch Division der Menge (Masse) von Siliziumdioxid, die zugefügt wurde, durch das Volumen von 250 ml erhalten.
  • Der pH eines getrockneten Siliziumdioxids wird analysiert, indem 5 g (gemahlenes) Siliziumdioxid genommen werden, 95 g Wasser zugefügt werden und der pH nach Rühren der Aufschlämmung für 5 Minuten aufgezeichnet wird.
  • Es wurde festgestellt, dass borhaltige Kügelchen mehr Wasser absorbieren als die Nicht-Bor-Standardkügelchen aus dem Rotationstrockner und solche Kügelchen werden, obwohl sie teurer sind, im Hinblick auf die Effizienz bevorzugt. Weiterhin ist von Bor bekannt, dass es antiseptische Eigenschaften aufweist und daher in diesem Hinblick sehr nützlich sein kann.
  • Die Siliziumdioxidteilchen der vorliegenden Erfindung sind bekannten Katzenstreuprodukten überlegen, die in der folgenden Tabelle II angegeben sind: TABELLE II: WETTBEWERBSPRODUKTE
    Figure 00080001
    • n.a. = nicht analysiert
  • Die ausgefällten Siliziumdioxidteilchen der Erfindung sind leichter als die bekannten Produkte der Wettbewerber, sogar leichter als die Silikagelperlen und sie absorbieren mehr Wasser als die bekannten Produkte der Wettbewerber.
  • Aufgrund der Härte des ausfällten Siliziumdioxids ist die Menge an Staub minimal.
  • Aufgrund der Porosität der Kügelchen wird der Uringeruch auf ein Minimum reduziert. Bei niedrigem pH kann eine weitere Reduktion erhalten werden.

Claims (8)

  1. Ausgefällte Siliziumdioxidteilchen mit kantigen Oberflächen und einem Längen:Breiten:Tiefen-Verhältnis von 1:1:1 bis 3:3-1:1, wobei die Länge 0,25 bis 15 mm beträgt, einer Absorptionskapazität PV Wasser (Gew.%) von >125, einem Porenvolumen PV Hg (ml/g) von 0,8-4, einem Porenvolumen PV N2 (ml/g) von 0,2-1,5 und einer Schüttdichte BD (g/l) von 200-500.
  2. Ausgefällte Siliziumdioxidteilchen gemäß Anspruch 1, wobei der pH 8 oder weniger, vorzugsweise 6 oder weniger beträgt.
  3. Ausgefällte Siliziumdioxidteilchen gemäß Anspruch 2, wobei die Absorptionskapazität PV Wasser (Gew.%) >140 beträgt, das Porenvolumen PV Hg (ml/g) 1,2-2,5, das Porenvolumen PV N2 (ml/g) 0,3-0,9, die Schüttdichte BD (g/l) 250-400 und der pH <6.
  4. Ausgefällte Siliziumdioxidteilchen gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3 mit unregelmäßiger Form.
  5. Ausgefällte Siliziumdioxidteilchen gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, umfassend Bor.
  6. Haustierstreu, umfassend das ausgefällte Siliziumdioxid gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5.
  7. Verwendung der ausgefällten Siliziumdioxidteilchen gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5 zur Herstellung von Haustierstreu, vorzugsweise Katzenstreu.
  8. Verfahren zur Herstellung des ausgefällten Siliziumdioxids gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, umfassend die Schritte der Zufügung von Wasserglas und einer Mineralsäure in einen Absatz von Wasser zum Erhalt einer Aufschlämmung und optionale Zugabe einer Borverbindung, Erhalten des pHs bei 5 bis 10 für 1 bis 4 Stunden, optionale Zugabe einer Borverbindung, optional gefolgt von Ansäuern der Aufschlämmung auf einen pH zwischen 2 und 6, Umwandlung der Aufschlämmung in einen Filterkuchen, Zufuhr des Filterkuchens zu einer Trockenvorrichtung und Formen zu einem Teilchen mit kantigen Oberflächen und einem Längen:Breiten:Tiefen-Verhältnis von 1:1:1 bis 3:3-1:1, wobei die Länge 0,25 bis 15 mm beträgt.
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